镀锌钢板硅酸盐钝化技术的研究进展

镀锌钢板硅酸盐钝化技术的研究进展

现代电镀网1月12日讯：

金佳惠

(沈阳师范大学化学与生命科学学院辽宁沈阳110000)

【摘要】本文主要研究的是硅酸盐无铬钝化技术，主要是以镀锌钢板为研究对象，研究硅酸盐无铬钝化的各种工艺，以及各种因素对硅酸盐钝化的影响。研究表明,镀锌钢板硅酸盐钝化技术的前景好。

【关键词】镀锌钢板；无铬钝化；硅酸盐钝化

0.引言

硅酸盐钝化的进展中，选择一种或多种有机物硅帮助无机硅酸盐提高钝化膜的各种性能将是今后研究的重要方向。根据研究所得：铬酸盐钝化所使用的费用低、制作工艺比较容易。硅酸盐钝化是一种无毒、无污染的钝化技术,虽然工艺还不算特别成熟、成膜效率不高[1]。但是在我们的努力下解决这一问题是必然的。

1.硅酸盐钝化工艺及流程

1.1硅酸盐钝化工艺

李广超采用盐雾试验测试镀锌层钝化膜的耐蚀性,研究了镀锌层硅酸盐钝化的工艺条件，最佳工艺在pH3.0、温度30℃、钝化时间90s的钝化工艺条件下,硅酸盐钝化液组成为硅酸钠40g/L、98%硫酸4ml/L、30%过氧化氢40ml/L、硫脲7g/L、67%硝酸2ml/L、85%磷酸2ml/L时。

1.2镀锌钢板硅酸盐钝化的特点

通过李广超的试验表明：镀锌层能够有效的提高钢板的耐腐蚀性能，是其更加的刚腐蚀。现如今，铬酸盐钝化已经得到广泛的应用，无论从膜层强度还是工艺方面还有其他方面都已经取得了一定的研究成果，具有一定的优点。但是，铬酸盐中六价铬具有剧毒容易导致疾病[2]，因此,铬酸盐钝化技术已经面临巨大的挑战。硅酸盐处理成本低廉、稳定性好、使用简单、无毒等优点。硅酸盐钝化液中主要含硫酸、过氧化氢和可溶性硅酸盐，[3]。通常情况下，为了增强膜的各种性能，所以添加有机促成剂，还有可能对钝化膜进行后处理[4]。

2.镀锌钢板无铬腐蚀钝化机理[9]

2.1硅酸盐钝化机理

硅酸盐具有钝化成本低、钝化膜耐腐蚀性好、钝化液稳定性好、使用方便、无毒、无污染等优点。

（1）镀锌阳极区发生反应:Zn—Zn2++2e一。

（2）腐蚀电池微阴极区:2H++2e-—H2或(O2+2H20+4e—40Kr。

（3）镀层表面的阴极区发生的反应,使得锌层表面局部酸碱度增大,在锌层表面形成不易溶于水的化合物。（4）在钝化过程中,钝化液体系呈酸性,酸脱水缩聚反应速度也增快,生成细小的胶体二氧化硅填充空隙并吸附于膜层表面。

2.2镀锌及其镀锌层的腐蚀机理

耐蚀机理研究表明,腐蚀过程中硅酸盐钝化膜是通过隔离和电化学缓慢腐蚀作用从而对镀件进行保护。使其的耐腐蚀性增加。

3.硅酸盐钝化影响因素

3.1钝化时间的影响

根据文献记载：钝化时间中性盐无雾实验(NSS)连续喷雾24h[14]随着钝化时间的变化由有205到605之间腐蚀面积由40%下降到2%,因此在这段时间内随着钝化时间的增长钝化膜的耐蚀性在逐渐增大"但是在605之后腐蚀面积逐渐增大,到1005时为75%,说明时间越长的话,耐蚀性就会越差"也就是说在205s一605s之间是整个钝化膜的成膜过程，在605时成膜特性最好,在镀锌层表明形成了一层均匀的保护膜,从而增加了耐腐蚀性。

3.2PH值的影响

根据氧化膜腐蚀试验可知：随着pH值由0.5到2.5的变化,钝化膜的腐蚀面积从75%下降到3%,所以耐腐性增大"而当pH值由2.5到4.5的时候腐蚀面积从3%到95%,耐蚀性越来越不好，当pH值大于4.5时钝化膜形成出现问题，pH值是钝化成膜的一个重要数据,对钝化膜的影响重大，pH值过低,对镀锌层有较大的腐蚀做用,形成的钝化膜比较不好，所以耐腐蚀较差，但pH值过高,会使钝化液不稳定,会生成Zn，不易形成钝化膜。[15]

3.3钝化温度的影响

根据钝化温度对氧化膜的试验可知;当钝化温度从25逐渐增大至55时,钝化膜的腐蚀面积从5%增大到98%,耐蚀性下降速度加快"当温度降至15时,腐蚀面积也增大了"由此可以看出钝化温度对钝化具有很大的影响,温度低钝化膜薄,成膜不好,温度太高钝化膜溶解加快,加速过H2O2的分解,使钝化液的稳定性越来越差"所以温度太高或者太低均会影响钝化膜的耐蚀性,所以必须严谨的控制反应温度。

3.4硅酸盐浓度影响

硅酸盐的含量从10g/L增大到50g/L,钝化膜的腐蚀面积从50%降到5%,然后再次增加到60%"通过这个实验可以明显的看到当硅酸盐含量在20g/L左右时耐蚀性最好"。

4.研究现状

通过本文的研究,研发出了一种无铬、环保型的镀锌的硅酸盐钝化工艺来代替传统铬酸盐钝化工艺,从基础上改善电镀污染对人类身体以及大自然环境的危害。本文所研究的无铬硅酸钝化工艺已经取得了一定的研究进展,对其钝化液成分、工艺条件、钝化膜形成机理以及稳定性方面都做了一定简单的研究。所以在未来，无铬硅酸盐钝化前景一片大好。

【参考文献】

［1］李广超.镀锌层硅酸盐钝化工艺研究[J].电镀与精饰,2007,39(2):31-33

［2］康举,韩利华,梁英华.镀锌层无铬钝化的研究进展[J].上海化工,2008,33(6):18－22

［3］朱立群,杨飞.环保型镀锌层蓝色钝化膜耐腐蚀性能的研究[J].腐蚀与防护,2006, 27(10);503-507

［4］沈品华，钱宝梁.三价铬蓝白和彩色钝化溶液的研制[J].涂料涂装与电镀，2006，4(5)：26-29.

［5］于元春等.无铬钝化与三价铬钝化的研究进展[J].表面技术，2005，34(5)：6-9 ［6］章江洪,张英杰.镀锌产品无铬钝化技术研究进展[J].材料保护,2009,42(3):48-5 3.

［7］许乔瑜，左茜.热浸镀锌层偏钒酸盐转化膜成膜工艺的研究[J]．表面技术，2010，39(4):69－72．

［8］孙克宁,刘兰毅,石伟,等.镀锌层无铬钝化工艺研究[J].材料保护,2002,35(12):3 4-35

［9］卢锦堂,送进兵.无铬钝化的研究进展[J].材料保护，1999,32(5):24.

［10］李广超.镀锌层硅酸盐钝化工艺研究[J].电镀与精饰,2007,39(2):3l－33

［11］林碧兰.热镀锌层改进型磷酸锌转化膜的研究[M].博士论文.华南理工大学,广州, 2008.

［12］元春,李宁,胡会利,张景双,屠振密.无铬钝化与三价铬钝化的研究进展[J].表面技术,2005,34(5):6-9.

［13］周金保.镀锌层无铬钝化工艺的新进展[J].电镀与环保,1991,12(1):33－3

［14］卢锦堂,送进兵.无铬钝化的研究进展[I].材料保护,1999,(5):24

［15］莫耀忠.电镀锌层白色腐蚀现象的腐蚀机理[J].表面技术,1994,23(3):139－141 ［16］韩克平,叶向荣,方景礼.镀锌层表面硅酸盐防腐膜的研究[J].腐蚀科学与防护技术,1997,9(2):167

［17］陈锦虹,卢锦堂,许乔瑜.镀锌层无铬钝化的研究进展[J]．腐蚀科学与防护技术,2003,15(5):278